广东省江门市台山市鹏权中学2022-2023学年高二上学期第一次月考物理试题

2022-2023学年广东省江门市台山市鹏权中学高二（上）第一次月考物理试卷 一、单项选择题（共8小题，每题3分，共24分） 1．（3分）下列说法正确的是　　 A．法拉第得出了两个点电荷之间的作用力与电荷量成正比，与距离的平方成反比 B．电容的单位是法拉，用表示，它是一个基本单位 C．富兰克林提出了用电场线来形象描述电场 D．元电荷的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的 2．（3分）如图所示，平行板电容器与电动势为的直流电源（内阻不计）连接，下极板接地．一带电油滴位于容器中的点且恰好处于平衡状态．现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离　　 A．点的电势将升高 B．带电油滴将沿竖直方向向上运动 C．带电油滴的电势能将增大 D．电容器的电容减小，极板带电量增大 3．（3分）如图所示，虚线、、代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即，实线为一带负电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，、、是这条轨迹上的三点，同时在等势面上，据此可知　　 A．三个等势面中，的电势最低 B．带电质点在点的电势能比在点的小 C．点的电场强度小于点的电场强度 D．带电质点在点的加速度方向垂直于等势面 4．（3分）分别将带正电、负电和不带电的三个等质量小球，分别以相同的水平速度由点射入水平放置的平行金属板间，已知上板带负电、下板接地。三小球分别落在图中、、三点，则正确的是　　 A．带负电、不带电、带正电 B．三小球在电场中加速度大小关系是： C．三小球在电场中运动时间相等 D．三小球到达下板时的动能关系是 5．（3分）由电场强度的定义式可知，在电场中的同一点　　 A．电场强度跟成正比，跟成反比 B．无论放入的试探电荷所带的电荷量如何变化，始终不变 C．电场中某点的电场强度为零，放入该点的电荷受到的静电力不一定为零 D．试探电荷在该点受到的静电力的方向就是该点的电场强度方向 6．（3分）如图所示，在匀强电场中，将带电荷量为的点电荷从电场中的点移到点，静电力做了的功，再从点移到点，电场力做了的功。已知电场的方向与所在的平面平行。下列说法正确的是　　 A．、两点间的电势差 B．、两点的电势差 C．点的电势比点的电势低 D．场强的方向垂直于指向 7．（3分）如图所示四个图中，、两点电势相等、电场强度也相等的是　　 A． B． C． D． 8．（3分）电子束焊接机中的电场线如图中虚线所示。为阴极，为阳极，两极之间的距离为，在两极之间加上高压，有一电子在极由静止被加速。不考虑电子重力，元电荷为，则下列说法正确的是　　 A．、之间的电场强度为 B．电子由沿电场线到电势能逐渐增大 C．电子在附近受到的电场力比在附近要大 D．电子到达极板时的动能等于 二、多项选择题（本题共6小题，每小题4分，共24分） 9．（4分）如图，静止的电子在加速电压为的电场作用下从经板的小孔射出，又垂直进入平行金属板间的电场，在偏转电压为的电场作用下偏转一段距离。现使变为原来的2倍，要想使电子在偏转电场的偏转位移不发生变化，电子仍能穿出偏转电场，应该　　 A．仅使变为原来的2倍 B．仅使变为原来的4倍 C．仅使偏转电场板间距离变为原来的0.5倍 D．仅使偏转电场板间距离变为原来的2倍 10．（4分）如图所示，虚线、、表示处点电荷的电场中的三个不同的等势面，相邻等势面的间距相等，一电子射入电场后（只受电场力作用）的运动轨迹如图中实线所示，其中先后经过的四个点1、2、3、4表示运动轨迹与等势面的交点，由此可以判定　　 A．处的点电荷一定带负电 B．电子运动过程中，动能先增大后减小，电势能先减小后增大 C．三个等势面的电势高低关系是 D．电子从位置2到位置3与从位置3到位置4过程中电场力所做的功相等 11．（4分）如图，匀强电场区域内，由、、、、、、、作为顶点构成一正方体空间，电场方向与面垂直。若在点固定一正点电荷，则　　 A．、两点的电场强度大小相等，电势相等 B．、两点的电场强度大小相等，电势相等 C．、两点的电场强度大小相等，电势相等 D．、两点的电场强度大小相等，电势相等 （多选）12．（4分）如图所示，平行板电容器与输出电压为U的直流电源连接，下极板接地，静电计所带电荷量很少，可被忽略；一带负电油滴被固定于电容器中的P点；现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，则（　　） A．电容器的电容变大 B．静电计指针张角不变 C．带电油滴的电势能增大 D．若先将上极板与电源正极的导线断开再将下极板向下移动一小段距离，则带电油滴所受电场力不变 13．（4分）如图，、、、为一边长为的正方形的顶点。电荷量均为的两个点电荷分别固定在、两点，静电力常量为。不计重力。下列说法正确的是　　 A．点的电场强度大小为 B．过、点的直线位于同一等势面上 C．在两点电荷产生的电场中，中点的电势最低 D．在点从静止释放的电子，到达点时速度为零 14．（4分）如图所示，空间中存在竖直向上的匀强电场，将一带电小球自点高处静止释放，一段时间后小球与正下方弹簧在点开始接触并压缩弹簧，假设在释放到最低点的过程中电场力对小球做功，弹簧形变始终处于弹性限度范围，不计空气阻力，下列说法正确的是　　 A．从点到点，小球电势能增加 B．从点到点，小球与弹簧组成的系统机械能减少 C．小球从运动到过程中速度一直在减小 D．小球反弹后可重新到达点 三、实验题 15．（12分）美国物理学家密立根利用图示的实验装置最先测出了电子的电荷量，该实验被称为“密立根油滴实验”。如图所示，两块水平放置的金属板、分别与电源的正、负极相连接，板间产生方向竖直向下的匀强电场，板间有一油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止。 （1）若要测出该油滴的电荷量，则需要测出的物理量是 　　。（已知重力加速度为 ．油滴的质量 ．两板的长度 ．两板间的电压 ．两板间的距离 （2）用（1）中所选择的物理量表示出该油滴的电荷量　　。 （3）若要使原本静止的油滴落到下极板，则下列做法可以达到目的的是 　　。 ．保持两极板电压不变，把上极板向下移 ．断开电源，把上极板向上移 ．断开电源，在点与上极板间插入陶瓷板 ．断开电源，把上极板向右移 16．如图为探究平行板电容器电容大小因素的实验，请将正确的结论填在横线上，两平行板之间的电场可以视为匀强电场，给电容器充电后与电源断开，那么： （1）若保持不变，变大，板间电场强度 　　。（填“变小”、“变大”或“不变” （2）保持板间距离不变，正对面积变小，则板间电势差 　　。 （3）若保持和都不变，插入介质板后，则板间电容 　　。 四、计算题（共3小题，共40分） 17．（11分）如图所示，水平绝缘光滑轨道的端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道平滑连接，圆弧的半径。在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，电场强度。现有质量的带电体（可视为质点）放在水平轨道上点处，两点距离，由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动，当运动到圆弧形轨道的端时，速度恰好为零，已知带电体所带电荷量，取，求： （1）带电体在水平轨道上运动到端时速度的大小； （2）、两点之间的电势差以及从到运动过程中因摩擦生成的热量。 18．（14分）如图所示，水平放置的平行板电容器与某一电源相连，它的极板长，两板间距离，有一束由相同带电微粒组成的粒子流，以相同的速度从两板中央平行极板射入，开关闭合前，两板不带电，由于重力作用微粒能落到下极板的正中央，已知微粒质量为，电荷量，。求： （1）微粒入射速度为多少？ （2）为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，所加的电压应取什么范围？ 19．（15分）一条长为的绝缘细线上端固定在点，下端系一个质量为带电量为的小球，将它置于水平向右的匀强电场中，小球静止时细线与竖直线的夹角成，已知重力加速度为， （1）突然撤去电场的瞬间，绳子拉力变为多大； （2）如果改变电场强度大小和方向，使小球仍在原位置平衡，求电场强度的最小值； （3）要使小球能在竖直平面内做完整的圆周运动，在点垂直于细线方向至少给小球多大的速度？ 2022-2023学年广东省江门市台山市鹏权中学高二（上）第一次月考物理试卷 参考答案与试题解析 一、单项选择题（共8小题，每题3分，共24分） 1．（3分）下列说法正确的是　　 A．法拉第得出了两个点电荷之间的作用力与电荷量成正比，与距离的平方成反比 B．电容的单位是法拉，用表示，它是一个基本单位 C．富兰克林提出了用电场线来形象描述电场 D．元电荷的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的 【答案】 【考点】电场线的定义及基本特征；库仑定律的表达式及其简单应用；点电荷及其条件；力学物理学史；电容的概念与物理意义 【分析】法拉第的主要贡献是发现了电磁感应现象，电容的单位是法拉，是复合单位；富兰克林的主要贡献是提出了电荷守恒定律。 【解答】解：．库仑发现了点电荷之间作用力的规律，故错误； ．电容的单位为法拉，这是为了纪念法拉第这位伟大的物理学家，但是法拉不是基本单位，故错误； ．19世纪30年代，法拉第提出了电场的观点，并提出了用电场线来形象描述电场；故错误； ．元电荷的数值最早是由美国物理学家密立根测出的，故正确。 故选：。 【点评】明确每个物理学家的主要事迹和贡献，掌握物理量的单位是物理学习的基础。 2．（3分）如图所示，平行板电容器与电动势为的直流电源（内阻不计）连接，下极板接地．一带电油滴位于容器中的点且恰好处于平衡状态．现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离　　 A．点的电势将升高 B．带电油滴将沿竖直方向向上运动 C．带电油滴的电势能将增大 D．电容器的电容减小，极板带电量增大 【答案】 【考点】电容器的动态分析不变）——板间距离变化 【分析】将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离，电容器两板间电压不变，根据分析板间场强的变化，判断电场力变化，确定油滴运动情况．由分析点与下极板间电势差如何变化，即能分析点电势的变化和油滴电势能的变化．根据电容的定义式，电容器与电源保持相连，则不变，与成正比变化． 【解答】解： 、电容器与电源保持相连，则板间电压不变，板间距离增大，由分析可知板间场强减小，而点与下极板间的距离不变，则由公式分析可知，点与下极板间电势差将减小，而点的电势高于下极板的电势，则知点的电势将降低。故错误。 、将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离，由于电容器两板间电压不变，根据得知板间场强减小，油滴所受的电场力减小，则油滴将向下运动。故错误。 、由带电油滴原来处于平衡状态可知，油滴带负电，点的电势降低，则油滴的电势能将增加。故正确。 、根据电容的定义式，电容器与电源保持相连，则不变，当减小，则也减小。故错误。 故选：。 【点评】本题运用分析板间场强的变化，判断油滴如何运动．运用推论：正电荷在电势高处电势能大，而负电荷在电势高处电势能小，来判断电势能的变化． 3．（3分）如图所示，虚线、、代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即，实线为一带负电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，、、是这条轨迹上的三点，同时在等势面上，据此可知　　 A．三个等势面中，的电势最低 B．带电质点在点的电势能比在点的小 C．点的电场强度小于点的电场强度 D．带电质点在点的加速度方向垂直于等势面 【答案】 【考点】电场强度与电场力；电势能与电场力做功的关系；电势；电势差与电场强度的关系 【分析】作出电场线，根据轨迹弯曲的方向可知，电场线向上。故点电势最高；根据推论，负电荷在电势高处电势能小，可知电荷在点的电势能大；由电场线疏密确定出，点场强小，电场力小，加速度小。 【解答】解：、负电荷做曲线运动，电场力指向曲线的内侧；作出电场线，根据轨迹弯曲的方向和负电荷可知，电场线向上。故电势最高，故错误； 、利用推论：负电荷在电势高处电势能小，知道点电势能大，故错误； 、等势面越密集的地方电场线越密集，场强越大，所以点的电场强度大于点的电场强度，故错误； 、带电质点在点的受力方向沿着电场线的切线方向，电场线与等势面垂直，故质点在点的加速度方向与等势面垂直，故正确； 故选：。 【点评】根据电场线与等势面垂直，作出电场线，得到一些特殊点（电场线与等势面交点以及已知点）的电场力方向。 4．（3分）分别将带正电、负电和不带电的三个等质量小球，分别以相同的水平速度由点射入水平放置的平行金属板间，已知上板带负电、下板接地。三小球分别落在图中、、三点，则正确的是　　 A．带负电、不带电、带正电 B．三小球在电场中加速度大小关系是： C．三小球在电场中运动时间相等 D．三小球到达下板时的动能关系是 【答案】 【考点】带电粒子在匀强电场中做类平抛运动 【分析】三个小球在电场中做平抛运动或类平抛运动，水平方向都做匀速直线运动，竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动。由图看出水平位移的关系，比较运动时间关系。竖直位移大小相等，根据牛顿第二定律和位移—时间公式分析加速度关系，再判断三个小球的电性。根据动能定理分析三小球到达下板时的动能关系。 【解答】解：、三个小球在电场中做平抛运动或类平抛运动，水平方向都做匀速直线运动，由图可知，三个小球的水平位移为 三个小球水平速度相同，由知它们的运动时间关系为： 又由于竖直位移相同，由可知竖直方向上的加速度关系为： 根据牛顿第二定律得到三个小球合力关系为：，三个小球重力相同，已知上板带负电、下板接地后将感应出正电荷，所以带负电、不带电、带正电，故错误，正确； 、在运动过程中，重力对小球做的功相同；电场力对球做正功、对球不做功、对球做负功，根据动能定理可知，三小球到达下板时的动能关系是：，故错误。 故选：。 【点评】类平抛运动和平抛运动研究的方法相似，都可运用运动的合成与分解方法研究，只是两种运动的加速度不同。本题要根据轨迹直接看出两个方向位移的关系，这是分析其他量关系的基础。 5．（3分）由电场强度的定义式可知，在电场中的同一点　　 A．电场强度跟成正比，跟成反比 B．无论放入的试探电荷所带的电荷量如何变化，始终不变 C．电场中某点的电场强度为零，放入该点的电荷受到的静电力不一定为零 D．试探电荷在该点受到的静电力的方向就是该点的电场强度方向 【答案】 【考点】电场强度与电场力的关系和计算 【分析】电场强度与试探电荷所受电场力、电荷量无关，由电场本身决定，同一电荷在电场中某点所受的电场力大，该点的电场强度不一定大，场强的方向为正电荷的受力方向。 【解答】解：、电场强度等于试探电荷所受电场力与电荷量的比值，但电场强度并不跟成正比，跟成反比，而、无关，由电场本身决定。故错误； 、在电场中的同一点，电场强度是一定的，则无论试探电荷所带的电量如何变化，始终不变。故正确； 、电场中某点的场强不为零，放入该点的电荷受到的静电力一定不为零，故错误； 、正试探电荷在该点受到的静电力的方向就是该点的场强方向，负试探电荷在该点受到的静电力方向与该点场强方向相反，故错误。 故选：。 【点评】本题主要考查了电场强度，要抓住它的比值定义法的共性，与试探电荷所受电场力、电荷量无关，反映电场本身的强弱和方向。 6．（3分）如图所示，在匀强电场中，将带电荷量为的点电荷从电场中的点移到点，静电力做了的功，再从点移到点，电场力做了的功。已知电场的方向与所在的平面平行。下列说法正确的是　　 A．、两点间的电势差 B．、两点的电势差 C．点的电势比点的电势低 D．场强的方向垂直于指向 【答案】 【考点】电场力做功与电势能变化的关系；电势差的概念、单位和物理意义；匀强电场中电势差与电场强度的关系 【分析】根据电场力做功与电势差的关系求出间的电势差、间的电势差； 根据电势差等于电势之差，从而判定、点的电势高低； 找出等势线，结合电场线与等势线垂直，由高电势指向低电势，作出电场线。 【解答】解：、根据公式，则有：，故正确； 、同理，，故错误； 、由于，那么点的电势比点的电势高，故错误； 、由于该电场为匀强电场，所以等势面在所示平面内投影为直线且电势在任意直线上均匀变化。 设点的电势为零，那么当取、中点，此点电势为，连接点，得到相同电势的一条直线，由于电场强度方向垂直等势面且指向电势减小的方向，所以过点做该直线垂线即得到一条电场线，方向如图所示指向，场强方向并不是垂直于的，故错误。 故选：。 【点评】解决本题的关键知道电场力做功与电势差的关系，电势差与电势的关系。知道电场线与等势线垂直，由高电势指向低电势。 7．（3分）如图所示四个图中，、两点电势相等、电场强度也相等的是　　 A． B． C． D． 【答案】 【考点】电势的定义、单位和物理意义；电场线的定义及基本特征；电场强度与电场力的关系和计算；匀强电场中电势差与电场强度的关系 【分析】电势是标量，同一等势面各点电势相等，沿电场线方向电势逐渐降低；电场强度是矢量，只有大小和方向均相同时，场强才相同；结合各电场的分布特点进行分析即可正确解答本题。 【解答】解：、、处于匀强电场中，场强相同，电势不同，点电势与点电势不等，故错误； 、、处在以正点电荷为圆心的一个圆上，可知两点到场源电荷的距离相等，所以两点的电场强度大小相等，方向不同，两点的电势相同，故错误； 、、两点电场强度大小相等，方向不同，电势相等，故错误； 、图为等量异种点电荷的电场，、两点在两点电荷连线的垂直平分线上且关于中点对称，根据等量异种点电荷的电场分布特点可知，、两点的电场强度大小与方向相同，、两点的电势高低一样，故正确。 故选：。 【点评】本题要抓住电势与场强的区别，只要大小相同，标量就相同。而矢量大小和方向都相同才相同，对于常见电场的电场线与等势面分布要了解，有助于解题。 8．（3分）电子束焊接机中的电场线如图中虚线所示。为阴极，为阳极，两极之间的距离为，在两极之间加上高压，有一电子在极由静止被加速。不考虑电子重力，元电荷为，则下列说法正确的是　　 A．、之间的电场强度为 B．电子由沿电场线到电势能逐渐增大 C．电子在附近受到的电场力比在附近要大 D．电子到达极板时的动能等于 【答案】 【考点】从能量转化与守恒的角度解决电场中的问题；动能定理的简单应用；电场力做功与电势能变化的关系；匀强电场中电势差与电场强度的关系 【分析】电子被加速的过程中只有电场力做功，由动能定理分析电子到达板时的动能； 由分析电子电势能的变化情况； 、之间建立的是非匀强电场，公式不适用． 【解答】解：、、之间建立的是非匀强电场，公式不适用，因此、之间的电场强度不等，故错误； 、由沿直线到电场力做正功时，电荷的电势能减少，所以电子由沿电场线到电势能逐渐减小，故错误； 、电场线的疏密程度表示电场强度大小，，根据电场力，可知电子在附近受到的电场力比在附近要小，故错误； 、根据动能定理得：，得电子到达极板时的动能，故正确； 故选：。 【点评】本题只要抓住电场线的疏密表示场强的大小，电场力做正功时，电荷的电势能减少，动能增大，就能轻松解答．要知道公式只适用于匀强电场． 二、多项选择题（本题共6小题，每小题4分，共24分） 9．（4分）如图，静止的电子在加速电压为的电场作用下从经板的小孔射出，又垂直进入平行金属板间的电场，在偏转电压为的电场作用下偏转一段距离。现使变为原来的2倍，要想使电子在偏转电场的偏转位移不发生变化，电子仍能穿出偏转电场，应该　　 A．仅使变为原来的2倍 B．仅使变为原来的4倍 C．仅使偏转电场板间距离变为原来的0.5倍 D．仅使偏转电场板间距离变为原来的2倍 【答案】 【考点】动能定理；带电粒子在匀强电场中的运动 【分析】电子在加速电压作用下获得速度，根据动能定理得到速度的表达式，电子垂直进入平行金属板间的匀强电场中做类平抛运动，运用运动的分解法，得出偏转距离、偏转角度与加速电压和偏转电压的关系，再进行分析。 【解答】解：设平行金属板间的距离为，板长为，电子在加速电场运动时，由动能定理得； 垂直进入平行金属板间的电场做类平抛运动，则有水平方向 竖直方向 联立可得： 现使加倍，要使电子在偏转场的偏移量不发生变化，则可以仅使加倍或仅使偏转电场板间距离变为原来的0.5倍，故正确，错误。 故选：。 【点评】本题电子先加速，后偏转，根据动能定理和牛顿运动定律、运动学公式结合得到偏转距离，采用的是常规思路。 10．（4分）如图所示，虚线、、表示处点电荷的电场中的三个不同的等势面，相邻等势面的间距相等，一电子射入电场后（只受电场力作用）的运动轨迹如图中实线所示，其中先后经过的四个点1、2、3、4表示运动轨迹与等势面的交点，由此可以判定　　 A．处的点电荷一定带负电 B．电子运动过程中，动能先增大后减小，电势能先减小后增大 C．三个等势面的电势高低关系是 D．电子从位置2到位置3与从位置3到位置4过程中电场力所做的功相等 【答案】 【考点】等势面及其与电场线的关系；电场力做功与电势能变化的关系 【分析】从电子的运动轨迹判断点处电荷的电性，然后根据动能定理判断动能变化的情况，结合正点电荷的等势面判断电势的高低。 【解答】解：、从电子的运动轨迹可以看出两个电荷相互排斥，故点处电荷带负电，故正确； 、两个电荷相互排斥，故电子运动过程中电场力先做负功，后做正功，根据动能定理，动能先变小后变大，电势能先增大后减小，故错误； 、点处电荷带负电，故结合等势面图，可以知道、、三个等势面的电势高低关系是，故正确； 、点电荷产生的电场中，距离点电荷越远，电场强度越小，由于两相邻等势面的间距相等所以：，电场力做功：，所以电子从位置2到位置3与从位置3到位置4过程中电场力所做的功不相等，故错误。 故选：。 【点评】本题切入点在于根据运动轨迹判断出两个电荷相互排斥，再结合正点电荷的等势面分布图进行分析。 11．（4分）如图，匀强电场区域内，由、、、、、、、作为顶点构成一正方体空间，电场方向与面垂直。若在点固定一正点电荷，则　　 A．、两点的电场强度大小相等，电势相等 B．、两点的电场强度大小相等，电势相等 C．、两点的电场强度大小相等，电势相等 D．、两点的电场强度大小相等，电势相等 【答案】 【考点】点电荷的电场；电势 【分析】由电场强度的矢量叠加原理可以分析比较不同位置的场强大小，根据电势的性质可以分析比较不同位置电势的大小。 【解答】解：、点电荷产生的电场强度，、两点距点电荷的距离，故点电荷产生的电场强度大小，根据电场的叠加原理，、两点的合场强大小相等；在匀强电场中，、处于同等势面，且在、两点产生的电势相等，从而、电势相等，故正确； 、在以激发出的点电荷电场中，、离的距离不相等，根据电场叠加原理，两点电场强度不同；在匀强电场中，、处于同等势面，但在、两点产生的电势不相等，故两点电势不相等，故错误； 、点电荷产生的电场强度，、两点距点电荷的距离，故点电荷产生的电场强度大小，根据电场的叠加原理，、两点的合场强大小相等；在匀强电场中，、处于同等势面，且在、两点产生的电势相等，从而、电势相等，故正确； 、在以激发出的点电荷电场中，、离的距离不相等，根据电场叠加原理，两点电场强度不同；在匀强电场中，、处于同等势面，但在、两点产生的电势不相等，故两点电势不相等，故错误； 故选：。 【点评】本题考查电场强度和电势，注意电场强度是矢量，需要用平行四边形定则进行矢量合成，电势时标量。 （多选）12．（4分）如图所示，平行板电容器与输出电压为U的直流电源连接，下极板接地，静电计所带电荷量很少，可被忽略；一带负电油滴被固定于电容器中的P点；现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，则（　　） A．电容器的电容变大 B．静电计指针张角不变 C．带电油滴的电势能增大 D．若先将上极板与电源正极的导线断开再将下极板向下移动一小段距离，则带电油滴所受电场力不变 【考点】电容器的动态分析——电容器与静电计相连．版权所有 【答案】BD 【分析】电容器始终与电源相连，电容器两极板间的电势差保持不变。根据电容的决定式C＝判断电容的变化，由公式E＝分析板间电场强度的变化，从而判断电荷电势能和电场力的变化。 【解答】解：A、根据电容的决定式C＝可知，下极板竖直向下移动时，两极板间距离d增大，则电容器的电容减小，故A错误； B、静电计测量的是电容器两极板间的电势差，因为电容器始终与电源相连，则电势差不变，所以静电计指针张角不变，故B正确； C、两极板间的电势差不变，板间距离增大，由公式E＝分析得知板间电场强度减小，P点与上极板间的电势差减小，而P点的电势比上极板低，上极板的电势不变，则P点的电势升高，因为油滴带负电荷，则油滴的电势能减小，故C错误； D、电容器与电源断开，则电荷量不变，d改变，根据E＝，C＝和C＝，联立得E＝，则知电场强度不变，则油滴所受电场力不变，故D正确； 故选：BD。 【点评】本题是电容器的动态分析问题，关键要抓住不变量，当电容器与电源始终相连时，则电容器的电势差不变，当电容器与电源断开，则电荷量不变。板间场强表达式E＝，要会推导，并在理解的基础上记住结论。 13．（4分）如图，、、、为一边长为的正方形的顶点。电荷量均为的两个点电荷分别固定在、两点，静电力常量为。不计重力。下列说法正确的是　　 A．点的电场强度大小为 B．过、点的直线位于同一等势面上 C．在两点电荷产生的电场中，中点的电势最低 D．在点从静止释放的电子，到达点时速度为零 【答案】 【考点】电场强度的叠加；电场强度与电场力的关系和计算；电势的定义、单位和物理意义 【分析】先求解两个电荷单独存在时在点的场强，然后根据平行四边形定则合成得到点的场强；根据等量同种点电荷的电场的特点判断、连线上各点电势的关系；根据电势关系分析运动。 【解答】解：等量同种点电荷的电场线与等势面分布如图： 、两电荷在点的电场强度是矢量合，， 则点的电场强度大小为：，故正确； 、、由等量同种点电荷的电场分布的特点可知，过、的直线不是等势面，在中点的电势最高，故错误； 、结合等量同种点电荷的电场分布的特点可知，点与点的电势是相等的，所以电子在、两点的电势能相等，所以从点释放的电子，将沿的方向运动，到达点的速度恰好等于0．故正确； 故选：。 【点评】本题考查电场的叠加，注意电场强度时矢量，合成遵循平行四边形定则；电势是标量，合成遵循代数法则。 14．（4分）如图所示，空间中存在竖直向上的匀强电场，将一带电小球自点高处静止释放，一段时间后小球与正下方弹簧在点开始接触并压缩弹簧，假设在释放到最低点的过程中电场力对小球做功，弹簧形变始终处于弹性限度范围，不计空气阻力，下列说法正确的是　　 A．从点到点，小球电势能增加 B．从点到点，小球与弹簧组成的系统机械能减少 C．小球从运动到过程中速度一直在减小 D．小球反弹后可重新到达点 【答案】 【考点】匀强电场中电势差与电场强度的关系；电场力做功与电势能变化的关系；功是能量转化的过程和量度 【分析】小球电势能增加等于克服电场力做的功；小球与弹簧组成的系统机械能等于电场力做功；分析小球的受力情况，来判断其运动情况；结合能量守恒分析小球反弹后的运动情况。 【解答】解：、从点到点，电场力对小球做功为，即小球克服电场力做功为，则小球电势能增加，故正确； 、从点到点，电场力对小球做功为，根据功能关系可知，小球与弹簧组成的系统机械能减少，故正确； 、小球从静止释放后能运动到点，则知小球受到的重力和电场力的合力竖直向下。小球从运动到过程中，弹簧的弹力先小于重力和电场力的合力，后大于重力和电场力的合力，小球的合力先向下后向上，则小球先向下做加速运动，后向下做减速运动，速度先增大后减小，故错误； 、根据系统的能量守恒可知，小球反弹过程与下落过程具有对称性，可知小球反弹后能重新到达点，故正确。 故选：。 【点评】本题考查功能关系、力与运动的关系，要知道电场力做功等于电势能的减小，除重力或弹力以外其它力做功等于机械能的增量。 三、实验题 15．（12分）美国物理学家密立根利用图示的实验装置最先测出了电子的电荷量，该实验被称为“密立根油滴实验”。如图所示，两块水平放置的金属板、分别与电源的正、负极相连接，板间产生方向竖直向下的匀强电场，板间有一油滴由于带负电悬浮在两板间保持静止。 （1）若要测出该油滴的电荷量，则需要测出的物理量是 　　。（已知重力加速度为 ．油滴的质量 ．两板的长度 ．两板间的电压 ．两板间的距离 （2）用（1）中所选择的物理量表示出该油滴的电荷量　　。 （3）若要使原本静止的油滴落到下极板，则下列做法可以达到目的的是 　　。 ．保持两极板电压不变，把上极板向下移 ．断开电源，把上极板向上移 ．断开电源，在点与上极板间插入陶瓷板 ．断开电源，把上极板向右移 【答案】（1）；（2）；（3）。 【考点】静电平衡现象；带电粒子在混合场中的运动 【分析】（1）根据电场力与重力相等，若要测出该油滴的电荷量，则可以分析出需要测出的物理量； （2）根据可以求出电荷量； （3）若要使原本静止的油滴落到下极板，则减小电场力即可；根据公式根据、和可求得电场力的变化情况。 【解答】解：（1）平行金属板间存在匀强电场，油滴恰好处于静止状态，电场力与重力平衡，则有 故需要测出的物理量有油滴的质量，两板间的电压，两板间的距离，故选：。 （2）根据平衡条件可知 则油滴的电荷量为； （3）若要使原本静止的油滴落到下极板，则减小电场力即可； 、保持两极板电压不变，把上极板向下移，则极板间距减小，根据可知，电场强度增大，电场力增大，即不能落到下极板，故错误； 、根据 可推得断开电源，极板电量不变，当把上极板上移，则增大极板间距，电场强度不变，则油滴不能落到下极板，故错误； 、由可知 断开电源，极板电量不变，插入陶瓷板变大，其他量不变，故减小，则油滴能落到下极板，故正确； 、断开电源极板电量不变，把上极板向右移动，则两极板的正对面积减小，根据，可知电容减小，依据，可知电压增大，根据可知电场强度增大，电场力增大，则不能落到下极板，故错误； 故选：。 故答案为：（1）；（2）；（3）。 【点评】会分析粒子电场中运动的受力情况，明确平行板电容器的计算是解决问题的关键。 16．如图为探究平行板电容器电容大小因素的实验，请将正确的结论填在横线上，两平行板之间的电场可以视为匀强电场，给电容器充电后与电源断开，那么： （1）若保持不变，变大，板间电场强度 　不变　。（填“变小”、“变大”或“不变” （2）保持板间距离不变，正对面积变小，则板间电势差 　　。 （3）若保持和都不变，插入介质板后，则板间电容 　　。 【答案】（1）不变；（2）变大；（3）变大。 【考点】电容器的动态分析不变）——板间距离变化 【分析】（1）根据电容器决定式和定义式结合电场强度与电势差关系式分析求解； （2）（3）电容器不变，根据电容器决定式，结合变化量分析求解。 【解答】解：（1）给电容器充电后与电源断开，表示两极板电荷量不变，根据电容器决定式和定义式有： ，； 结合电场强度与电势差关系式：， 可得： 当电荷量不变时，其他量不变，场强与间距无关，故当改变两极板的间距，场强不变。 （2）根据电容器的决定式：，可得其他量不变，正对面积变小，电容变小； 根据可得：电荷量不变，电容变小，电势差变大。 （3）保持和都不变，插入介质板表示变大，根据可知，电容变大。 故答案为：（1）不变；（2）变大；（3）变大。 【点评】本题的关键掌握电容器的动态分析，学会利用决定式分析电容的变化是解决此类问题的关键。 四、计算题（共3小题，共40分） 17．（11分）如图所示，水平绝缘光滑轨道的端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道平滑连接，圆弧的半径。在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场，电场强度。现有质量的带电体（可视为质点）放在水平轨道上点处，两点距离，由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动，当运动到圆弧形轨道的端时，速度恰好为零，已知带电体所带电荷量，取，求： （1）带电体在水平轨道上运动到端时速度的大小； （2）、两点之间的电势差以及从到运动过程中因摩擦生成的热量。 【答案】（1）带电体在水平轨道上运动到端时速度的大小为； （2）、两点之间的电势差为；从到运动过程中因摩擦生成的热量为。 【考点】动能定理的简单应用；匀强电场中电势差与电场强度的关系 【分析】（1）带电体在光滑水平轨道上由电场力作用下，从静止开始做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可求出加速度大小，由运动学公式可算出到端的速度大小。 （2）带电体从端运动到端的过程中，由电场力做功、重力做功及动能的变化，结合动能定理求出、两点之间的电势差以及从到运动过程中因摩擦生成的热量。 【解答】解：（1）设带电体在水平轨道上运动的加速度大小为，根据牛顿第二定律有 设带电体运动到端的速度大小为，根据匀变速直线的规律有 代入数据解得： （2）、两点的电势差 代入数据解得： 带电体到过程，根据动能定理 代入数据解得： 到过程中生成的热量 答：（1）带电体在水平轨道上运动到端时速度的大小为； （2）、两点之间的电势差为；从到运动过程中因摩擦生成的热量为。 【点评】利用牛顿第二、三定律与运动学公式相结合，同时还运用动能定理，但电场力、重力做功与路径无关，而摩擦力做功与路径有关。 18．（14分）如图所示，水平放置的平行板电容器与某一电源相连，它的极板长，两板间距离，有一束由相同带电微粒组成的粒子流，以相同的速度从两板中央平行极板射入，开关闭合前，两板不带电，由于重力作用微粒能落到下极板的正中央，已知微粒质量为，电荷量，。求： （1）微粒入射速度为多少？ （2）为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，所加的电压应取什么范围？ 【答案】（1）微粒入射速度为； （2）为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，所加的电压为：。 【考点】从能量转化与守恒的角度解决电场中的问题 【分析】（1）开关闭合前，两板不带电，微粒做平抛运动，平抛运动在水平方向做匀速直线运动、竖直方向做自由落体运动，根据分位移公式求解初速度； （2）粒子带正电，要使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，电容器的上板应与电源的负极相连；根据微粒刚好从下极板边缘射出计算所加电压的最小值，微粒刚好从上极板边缘射出计算所加电压的最大值，从而得到所加的电压范围。 【解答】解：（1）开关闭合前，两板不带电，微粒做平抛运动，水平方向有： 竖直方向有： 联立解得： （2）为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，电容器的上板应与电源的负极相连。 设微粒恰好从平行板电容器的右边射出电场时加速度大小为。 则水平方向有： 竖直方向有： 联立解得： 设所加的电压为时，微粒恰好从下板的右边缘射出，根据牛顿第二定律可得： 联立解得：； 设当所加的电压为时，微粒恰好从上板的右边缘射出，根据牛顿第二定律可得： 联立解得： 所以为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，所加的电压为：。 答：（1）微粒入射速度为； （2）为使微粒能从平行板电容器的右边射出电场，所加的电压为：。 【点评】本题是平抛运动与类平抛运动的应用，要掌握它们的处理方法：运动的分解法，明确分运动的规律，把握隐含的临界条件，运用动力学方法求解。 19．（15分）一条长为的绝缘细线上端固定在点，下端系一个质量为带电量为的小球，将它置于水平向右的匀强电场中，小球静止时细线与竖直线的夹角成，已知重力加速度为， （1）突然撤去电场的瞬间，绳子拉力变为多大； （2）如果改变电场强度大小和方向，使小球仍在原位置平衡，求电场强度的最小值； （3）要使小球能在竖直平面内做完整的圆周运动，在点垂直于细线方向至少给小球多大的速度？ 【答案】（1）突然撤去电场的瞬间，绳子拉力变为； （2）电场强度的最小值为； （3）要使小球能在竖直平面内做完整的圆周运动，在点垂直于细线方向至少给小球的速度。 【考点】绳球类模型及其临界条件；带电粒子（计重力）在匀强电场中的直线运动 【分析】（1）在撤去匀强电场的瞬间，绳子拉力发生突变，可根据几何关系判断绳子拉力的大小； （2）对小球受力分析，先根据平衡条件确定电场力最小的临界情况，然后求解最小电场力； （3）要使小球能在竖直平面内做完整的圆周运动，小球必须能通过点关于点的对称点，由电场力与重力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律求出临界速度，再根据动能定理求解速度。 【解答】解：（1）在撤去匀强电场的瞬间，绳子拉力发生突变，合力与绳垂直且向下，绳子拉力； （2）对小球受力分析，受重力、电场力和拉力，如图所示： 从图中可以看出，当电场力方向与细线垂直时，电场力最小，电场强度最小，根据共点力平衡条件，有： 得； （3）若能通过圆周上点关于点的对称点时，则能做完整的圆周运动，设对称点为，通过点最小速度为，小球恰好通过点时，由电场力与重力的合力提供向心力，得 从到的过程，运用动能定理得： 解得： 答：（1）突然撤去电场的瞬间，绳子拉力变为； （2）电场强度的最小值为； （3）要使小球能在竖直平面内做完整的圆周运动，在点垂直于细线方向至少给小球的速度。 【点评】本题是共点力平衡、动能定理和牛顿第二定律的综合应用，关键要找到物理的最高点，把握最高点的临界条件：绳子拉力为零，由电场力与重力的合力提供向心力。 第1页（共1页） 学科网（北京）股份有限公司 $$